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原文传递一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统

专利名称：	一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统
摘要：	本发明涉及一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，包括：系统显示及调节模块，用于实现选型、参数调节、进程显示和品质检测结果显示功能；实时控制及计算模块，用于实现Real‑Time端的任务分析和品质检测结果分析功能，其中任务分析包括转轮转动任务、电机控制任务和检测算法的分析，还用于实现FPGA端的实时控制与FPGA图像处理双线程任务功能；多光谱切换模块，主要由伺服电机、伺服电机驱动器、转轮、编码器和滤光片组成，用于实现伺服电机驱动、伺服电机控制、伺服电机反馈和转轮工位切换功能；图像采集模块，主要由相机组成，用于实现相机采集和图像输出功能。该系统有利于提高成像系统的快速性、实时性和精准性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	福建;35
申请人：	福州大学
发明人：	林忠麟;甘锦裕;刘文超;王海涛;黄峰
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-18T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202311042267.2
公开号：	CN117074404A
代理机构：	福州元创专利商标代理有限公司
代理人：	张灯灿;蔡学俊
分类号：	G01N21/84;G05B19/042;G;G01;G05;G01N;G05B;G01N21;G05B19;G01N21/84;G05B19/042
申请人地址：	350108 福建省福州市闽侯县福州大学城乌龙江北大道2号福州大学
主权项：	1.一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，包括：系统显示及调节模块，用于实现选型、参数调节、进程显示和品质检测结果显示功能；实时控制及计算模块，用于实现Real-Time端的任务分析和品质检测结果分析功能，其中任务分析包括转轮转动任务、电机控制任务和检测算法的分析，还用于实现FPGA端的实时控制与FPGA图像处理双线程任务功能；多光谱切换模块，主要由伺服电机、伺服电机驱动器、转轮、编码器和滤光片组成，用于实现伺服电机驱动、伺服电机控制、伺服电机反馈和转轮工位切换功能；以及图像采集模块，主要由相机组成，用于实现相机采集和图像输出功能。 2.根据权利要求1所述的一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，所述系统显示及调节模块主要由上位机组成，所述系统显示及调节模块根据实际检测需求对不同检测对象进行选型，并调整检测参数，然后将所需的包括检测波段、曝光时间的检测参数传输至实时控制及计算模块；同时，显示实时控制及计算模块中的实时检测进程和最终品质检测结果。 3.根据权利要求1所述的一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，所述实时控制及计算模块主要由嵌入式控制器、数字量板卡和模拟量板卡组成；所述嵌入式控制器通过以太网接口与图像采集模块的相机进行通信；所述数字量板卡与伺服电机驱动器连接，以向伺服电机驱动器发出控制命令并通过伺服电机驱动器控制伺服电机工作，进而控制转轮转动；所述模拟量板卡与编码器连接，以接收编码器发出的位置反馈信号。 4.根据权利要求1所述的一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，所述转轮转动任务的控制方法包括以下步骤：步骤A1：将12个检测波段的工位依次定义为：a1、a2、……、a12，并定义上一次检测任务的终点工位为x；步骤A2：将系统显示及调节模块传输的所需的n个检测波段的工位依次定义为：b1、b2、……、bn，工位bi，i＝1,2,...,n分别对应a1、a2、……、a12中的一个工位；步骤A3：求工位x到各个工位的最小步长步骤A4：根据步骤A3求得的最小步长l0提取转轮最快转动方案的第一个工位c1；步骤A5：以c1为第一工位，按顺或逆时针方向依次重新定义各工位为：c1、c2、……、cn；步骤A6：确定以c1、c2、……、cn为转轮最快转动方案的待检测工位顺序位置。 5.根据权利要求4所述的一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，所述电机控制任务的控制方法包括以下步骤：步骤B1：获取转轮最快转动方案，并计算各相邻待测工位之间的步长li＝ci+1-ci，i＝1,2...n-1；步骤B2：根据不同的步长，伺服电机以对应加速度启动至统一预设速度v0后匀速转动设定时间；步骤B3：电机以减速度降速至停止；其中，电机加速度公式为电机减速度公式为/>式中，j0为统一预设加速度，q为电机加速度参数，根据步长li确定；电机匀速时间/> 6.根据权利要求5所述的一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，电机加速度参数q与步长li的关系为：当步长li＝m或2m时，q＝1；当步长li＝3m时，q＝4；当步长li＝4m时，q＝6；当步长li＝5m时，q＝8；当步长li＝6m时，q＝10。其中，m为转轮的12个工位的单位步长。 7.根据权利要求1所述的一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，所述实时控制及计算模块按如下步骤进行Real-Time端的工作：步骤C1：进行转轮转动与电机控制任务分析，并传输至FPGA端；同时根据选型结果及包括检测波段、曝光时间的检测参数进行检测算法分析，调用相应的检测算法；步骤C2：结合步骤C1得到的检测方案与经过FPGA处理的实时图像，同时利用预置的标准白板与暗电流图像计算各波段的反射率；步骤C3：根据调用的检测算法与计算得到的反射率进行品质检测；步骤C4：对品质检测结果进行分析，并将结果传输至系统显示及调节模块进行显示。 8.根据权利要求1所述的一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，所述实时控制任务的控制方法包括以下步骤：步骤D1：根据Real-Time端传输来的检测参数、转轮最快转动方案及电机控制方案进行任务切换，即进行任务建立，包括电机转动任务、相机拍摄任务和编码器位置反馈任务；步骤D2：根据各检测波段的切换，即伺服电机的转动，进行任务调度，依次完成所有图像采集任务；步骤D3：根据实际任务将电机控制信号转换为PWM脉冲相关的包括占空比、频率、脉冲数的控制参数进行时序控制；步骤D4：依托数字量板卡的I/O口，使用PWM对伺服电机进行实时控制，同时依托模拟量板卡接收伺服电机位置反馈以对电机位置进行精准控制。 9.根据权利要求1所述的一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，所述FPGA图像处理任务的控制方法包括以下步骤：步骤E1：获取图像采集模块输出的实时多光谱图像；步骤E2：对获取的多光谱图像选取一个感兴趣区域来进行下一步处理，以减少处理时间，提高检测精度；步骤E3：对多光谱图像进行预处理，以抑制噪声影响，从而提高光谱数据的质量；步骤E4：对多光谱图像包括图像纹理、光泽的信息特征进行筛选与融合，以进一步提高检测的全面性与准确性。 10.根据权利要求1所述的一种果蔬品质快速无损检测成像控制系统，其特征在于，所述多光谱切换模块的工作过程为：驱动伺服电机，对伺服电机进行速度、加速度、位置控制，同时获取伺服电机反馈，进而对伺服电机工位进行调整控制，以通过转轮带动滤光片转动到预设工位；所述图像采集模块在转轮带动滤光片转动到预设工位后，由相机进行图像采集，然后通过以太网接口将实时图像传输至实时控制及计算模块。
所属类别：	发明专利